KR102113778B1 - Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same - Google Patents

Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same Download PDF

Info

Publication number
KR102113778B1
KR102113778B1 KR1020180115226A KR20180115226A KR102113778B1 KR 102113778 B1 KR102113778 B1 KR 102113778B1 KR 1020180115226 A KR1020180115226 A KR 1020180115226A KR 20180115226 A KR20180115226 A KR 20180115226A KR 102113778 B1 KR102113778 B1 KR 102113778B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
myocardial
drug
present
toxicity
activity
Prior art date
Application number
KR1020180115226A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20200035736A (en
Inventor
강선웅
심혜은
이향애
김기석
Original Assignee
한국화학연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국화학연구원 filed Critical 한국화학연구원
Priority to KR1020180115226A priority Critical patent/KR102113778B1/en
Publication of KR20200035736A publication Critical patent/KR20200035736A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102113778B1 publication Critical patent/KR102113778B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N5/00Undifferentiated human, animal or plant cells, e.g. cell lines; Tissues; Cultivation or maintenance thereof; Culture media therefor
    • C12N5/06Animal cells or tissues; Human cells or tissues
    • C12N5/0602Vertebrate cells
    • C12N5/0652Cells of skeletal and connective tissues; Mesenchyme
    • C12N5/0657Cardiomyocytes; Heart cells
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/5005Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells
    • G01N33/5008Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics
    • G01N33/5044Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving human or animal cells for testing or evaluating the effect of chemical or biological compounds, e.g. drugs, cosmetics involving specific cell types
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2503/00Use of cells in diagnostics
    • C12N2503/02Drug screening
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/50Proteins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N2533/00Supports or coatings for cell culture, characterised by material
    • C12N2533/70Polysaccharides

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Rheumatology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 심근 유사 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 지지체 및 줄기세포 유래 심근세포를 동시 배양하여 제조된 심근 유사 구조체 및 이를 이용한 약물 독성 평가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 다공성 천연 고분자 지지체를 이용하여 제조된 심근 유사 구조체는 박동할 뿐만 아니라 심근의 기능을 가지고, 상기 심근 유사 구조체에 약물 처리 시 수축력에 변화가 있으며, 약물이 포함되지 않은 버퍼를 처리하는 경우 수축력이 회복되는 것을 확인하였는바, 신약개발, 질병 연구 및 인공장기 개발 분야에서 다양하게 활용할 수 있다.The present invention relates to a myocardial-like structure, and more particularly, to a myocardial-like structure prepared by simultaneously culturing a porous support and stem cell-derived myocardial cells and a method for evaluating drug toxicity using the same. The myocardial-like structure produced by using the porous natural polymer support according to the present invention not only pulsates but also has the function of the myocardium, and there is a change in contractility when treating the myocardial-like structure with a drug-free buffer. In this case, it was confirmed that the contractile force is restored, and thus it can be used in various fields in new drug development, disease research, and artificial organ development.

Description

다공성 지지체를 이용하여 제조된 심근 유사 구조체 및 이를 이용한 약물 독성 평가 방법{Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same}Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same}

본 발명은 심근 유사 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다공성 지지체 및 줄기세포 유래 심근세포를 동시 배양하여 제조된 심근 유사 구조체 및 이를 이용한 약물 독성 평가 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a myocardial-like structure, and more particularly, to a myocardial-like structure prepared by simultaneously culturing a porous support and stem cell-derived myocardial cells and a method for evaluating drug toxicity using the same.

3차원 장기 유사체(Organoid)는 세포외 기질을 모사하는 마트리젤과 같은 물질에서 배양되고 이런 3차원적인 배양기술은 기존의 2차원적 세포 배양방법과 달리 핵형변화가 극히 적고 자발적인 암화과정이 없는 것으로 보고되고 있다. 따라서 장기 유사체 배양은 현재까지 제시된 어떤 세포배양법보다 체내 특징을 장기적으로 보존하는데 유리한 것으로 여겨지고 있다. 최근 3차원 장기모사 장기 유사체는 질병 이해의 기초적인 연구뿐 아니라 환자 맞춤형 치료를 구현함에 있어서 필수적인 질병 모사 모델이 될 수 있기 때문에 향후 정밀의료분야에서 유용하게 적용될 것으로 예상되고 있다. 더욱 구체적으로는, 환자별로 성상이 다른 질병의 특징을 이해하고, 가장 효율적일 수 있는 약물을 장기 유사체 플랫폼을 이용해 발굴해 내어 맞춤형 치료에 적용할 수 있을 것이다.3D organ analogs are cultured from materials such as Matrigel that mimic extracellular matrix, and this 3D culture technique has very few nuclear changes and does not have a spontaneous cancer process, unlike the conventional 2D cell culture method. Is being reported. Therefore, long-term analog culture is considered to be advantageous for long-term preservation of characteristics in the body over any cell culture method presented to date. Recently, the 3D organ simulation organ analogue is expected to be useful in the field of precision medicine in the future because it can be an essential disease simulation model in implementing patient-specific treatment as well as basic research of disease understanding. More specifically, it will be possible to understand the characteristics of diseases with different constellations for each patient, discover the drugs that can be most efficient using a long-term analog platform, and apply them to customized treatment.

이에 본 발명자들은 다공성 지지체 및 줄기세포 유래 심근세포를 동시 배양하여 제조된 심근 유사 구조체를 제작하고, 이를 이용한 약물 독성 평가 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors completed the present invention by preparing a myocardial-like structure prepared by co-culturing a porous support and stem cell-derived cardiomyocytes, and developing a drug toxicity evaluation method using the same.

따라서 본 발명의 목적은, 다공성 천연 고분자 지지체를 이용하여 제조된 심근 유사 구조체, 이의 제조방법 및 이를 이용한 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a myocardial-like structure prepared using a porous natural polymer support, a method for manufacturing the same, and a method for testing activity or toxicity of a test substance using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다공성 천연 고분자 지지체 및 심근세포를 동시 배양하는 단계를 포함하는 심근 유사 구조체 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method for preparing a myocardial structure comprising the step of simultaneously culturing a porous natural polymer support and cardiomyocytes.

또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 심근 유사 구조체를 제공한다.In addition, the present invention provides a myocardial-like structure produced by the above manufacturing method.

또한 본 발명은 심근 유사 구조체에 시험 물질을 처리하는 단계 및 상기 심근 유사 구조체의 수축력을 측정하는 단계를 포함하는 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for testing the activity or toxicity of a test substance, comprising the step of treating a test substance with a myocardial-like structure and measuring the contractility of the myocardial-like structure.

본 발명에 따른 다공성 천연 고분자 지지체를 이용하여 제조된 심근 유사 구조체는 박동할 뿐만 아니라 심근의 기능을 가지고, 상기 심근 유사 구조체에 약물 처리 시 수축력에 변화가 있으며, 약물이 포함되지 않은 버퍼를 처리하는 경우 수축력이 회복되는 것을 확인하였는바, 신약개발, 질병 연구 및 인공장기 개발 분야에서 다양하게 활용할 수 있다.The myocardial-like structure produced by using the porous natural polymer support according to the present invention not only pulsates but also has the function of the myocardium, and there is a change in contractility when treating the myocardial-like structure with a drug-free buffer. In this case, it was confirmed that the contractile force is restored, and thus it can be used in various fields in new drug development, disease research, and artificial organ development.

도 1은 본 발명에 따른 심근 유사 구조체 제작방법을 나타낸 도이다.
도 2는 주사전자현미경(SEM) 이미지를 이용하여 심근 유사 구조체를 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 생존/사멸 분석방법으로 심근 유사 구조체에 부착된 심근세포의 기간별 세포 생존율 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 투과전자현미경(TEM) 이미지를 이용하여 심근 유사 구조체에 부착된 심근세포의 세포소기관을 관찰한 결과를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명에 따른 심근 유사 구조체의 심박동수 및 박동 간격을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명에 따른 심근 유사 구조체를 이용하여 칼슘채널억제제인 니페디핀의 심장 독성을 평가한 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명에 따른 심근 유사 구조체를 이용하여 칼슘채널억제제인 이소프레날린의 심장 독성을 평가한 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명에 따른 심근 유사 구조체를 이용하여 심장독성 약물인 테르페나딘의 심장 독성을 평가한 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 약물과 반응한 본 발명에 따른 심근 유사 구조체의 회복력을 확인한 결과를 나타낸 도이다.
도 10은 헤마톡실린&에오신 염색방법으로 본 발명에 따른 심근 유사 구조체의 형태를 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 11은 조직면역화학염색 방법으로 본 발명에 따른 심근 유사 구조체의 성숙도를 확인한 결과를 나타낸 도이다.
1 is a view showing a method of manufacturing a myocardial structure according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing the results of observing a myocardial structure using a scanning electron microscope (SEM) image.
3 is a diagram showing the results of confirming the cell viability according to the period of the myocardial cells attached to the myocardial-like structure as a survival / killing analysis method.
4 is a view showing the results of observing the organelles of the myocardial cells attached to the myocardial structure using a transmission electron microscope (TEM) image.
5 is a view showing the results of checking the heart rate and heart rate of the myocardial structure according to the present invention.
6 is a diagram showing the results of evaluating cardiac toxicity of nifedipine, a calcium channel inhibitor, using the myocardial structure according to the present invention.
7 is a view showing the results of evaluating the cardiac toxicity of the calcium channel inhibitor isoprenaline using the myocardial structure according to the present invention.
8 is a view showing the results of evaluating the cardiac toxicity of the cardiotoxic drug terpenadin using the myocardial structure according to the present invention.
9 is a view showing the results confirming the resilience of the myocardial-like structure according to the present invention reacted with the drug.
10 is a view showing the results of analyzing the morphology of the myocardial-like structure according to the present invention by the hematoxylin & eosin staining method.
11 is a view showing the results of confirming the maturity of the myocardial-like structure according to the present invention by a tissue immunochemical staining method.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 다공성 천연 고분자 지지체 및 심근세포를 동시 배양하는 단계를 포함하는 심근 유사 구조체 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a myocardial-like structure comprising the step of simultaneously culturing a porous natural polymer support and cardiomyocytes.

본 발명에 있어서, “천연 고분자”는 천연에 존재하거나 생물에 의하여 생산되는 고분자 물질을 의미한다. 상기 천연 고분자의 예로는, 콜라겐, 피브로넥틴, 젤라틴, 키토산, 알긴산 및 히알루론산 등이 있으며, 이에 제한하는 것은 아니다. In the present invention, "natural polymer" means a polymer material existing in nature or produced by an organism. Examples of the natural polymer include, but are not limited to, collagen, fibronectin, gelatin, chitosan, alginic acid and hyaluronic acid.

본 발명의 바람직한 구체예에서, 다공성 콜라겐을 이용하여 심근세포를 배양하였다.In a preferred embodiment of the present invention, cardiomyocytes were cultured using porous collagen.

본 발명에 있어서, “심근”은 척추동물의 심장 벽의 중층을 구성하는 특수한 형태의 근육으로, 구조는 횡문근이나 기능은 평활근에 속하는 모자이크형 근육이다. In the present invention, "myocardium" is a special type of muscle constituting the middle layer of the heart wall of a vertebrate animal, the structure of which is a rhabdomyo muscle or a mosaic-like muscle belonging to a smooth muscle.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 심근세포는 줄기세포 유래의 심근세포인 것이 바람직하며, 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem, iPS) 유래의 심근세포인 것이 더 바람직하나, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the cardiomyocytes are preferably stem cell-derived cardiomyocytes, and more preferably cardiomyocytes derived from induced pluripotent stem (iPS), but are not limited thereto.

본 발명에 있어서, “심근 유사 구조체”는 줄기세포 유래의 심근세포를 3차원적으로 배양하거나 재조합하여 제조한 장기 유사체로, 신약 개발, 질병 치료 및 인공장기 개발에 활용될 수 있다. 신약 개발 시 기존 약물 테스트는 동물실험에서 발견되지 않았던 부작용이 인간에게서는 발견되는 등 동물실험과 임상실험의 결과가 상이하다는 한계점이 있었다. 심근 유사 구조체를 통해 이러한 한계점을 극복할 수 있을 것으로 예상되며, 동물실험에 대한 윤리적 논란에서도 벗어날 수 있다. 또한, 환자의 세포를 배양하여 유사기관을 제작할 수 있기 때문에 개인 맞춤형 임상시험의 방법론으로 주목받고 있으며, 향후 개인 맞춤형 장기 개발 등에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.In the present invention, "myocardial-like structure" is a long-term analogue produced by culturing or recombining three-dimensional myocardial cells derived from stem cells, and can be used for new drug development, disease treatment, and artificial organ development. When developing a new drug, the existing drug test had a limitation in that the results of animal and clinical experiments were different, such as side effects not found in animal experiments were found in humans. The myocardial structure is expected to overcome these limitations, and it can also escape the ethical controversy over animal testing. In addition, since it is possible to produce similar organs by culturing the patient's cells, it is attracting attention as a methodology for personalized clinical trials, and may be used for personalized organ development in the future.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 배양은 32 내지 38일 동안 배양하는 것이 바람직하며, 35일 동안 배양하는 것이 더 바람직하다. 심근세포를 32일 미만으로 배양하는 경우 박동간격이 불규칙하고 박동이 느리며, 38일을 초과하여 배양하는 경우 박동수 및 박동 간격이 불규칙해지는바, 심근 유사 구조체로 사용하기에 적합하지 않다.In one embodiment of the present invention, the culture is preferably cultured for 32 to 38 days, and more preferably for 35 days. When the myocardial cells are cultured for less than 32 days, the rhythm interval is irregular and the rhythm is slow, and when cultivated for more than 38 days, the rhythm and the rhythm interval are irregular, which is not suitable for use as a myocardial structure.

본 발명의 다른 양태에서, 상기 방법으로 제조된 심근 유사 구조체를 제공한다.In another aspect of the present invention, a myocardial-like structure produced by the above method is provided.

본 발명에 따른 심근 유사 구조체는 다공성 콜라겐 지지체에 iPS 유래 심근세포가 부착된 것으로, 배양 시작 32 내지 38일에는 다핵세포 및 견고한 정션이 관찰된다. 상기 심근 유사 구조체는 시험 물질 처리 시 수축력에 변화가 있으며, 약물이 포함되지 않은 버퍼를 처리하는 경우 수축력이 회복되어, 시험 물질 또는 다른 시험 물질의 반복적 또는 순차적 처리에 따른 영향을 평가할 수 있다. 따라서, 상기 심근 유사 구조체는 신약 개발, 질병 연구 및 인공장기 개발 분야에서 활용될 수 있다.The myocardial-like structure according to the present invention is that iPS-derived cardiomyocytes are attached to a porous collagen support, and multinucleated cells and a robust junction are observed on the 32 to 38 days of incubation. The myocardial-like structure has a change in contractile force when the test substance is processed, and when the drug-free buffer is treated, the contractile force is restored, and the effect of repeated or sequential treatment of the test substance or other test substance can be evaluated. Therefore, the myocardial structure can be used in new drug development, disease research, and artificial organ development.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 심근 유사 구조체에 시험 물질을 처리하는 단계 및 상기 심근 유사 구조체의 수축력을 측정하는 단계를 포함하는 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for testing the activity or toxicity of a test substance comprising treating a test substance in a myocardial-like structure and measuring contractility of the myocardial-like structure.

본 발명에 있어서, “활성 또는 독성을 검사하는 방법”은 그 종류를 제한하지 않으며, 심근 구조 유사체를 이용하여 활성 또는 독성을 검사하는 경우 수축력 기반 심장 독성 평가법인 것이 바람직하다.In the present invention, the "method for testing activity or toxicity" does not limit its type, and is preferably a contractile-based cardiotoxicity evaluation method when testing for activity or toxicity using a myocardial structure analog.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 수축력 측정은 심근 유사 구조체의 길이 변화, 면적 변화 또는 박동속도의 변화를 측정하는 것이 바람직하며, 이에 제한되지 않는다.In one embodiment of the present invention, the contractile force measurement is preferable to measure the change in the length, area, or rhythm of the myocardial-like structure, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 구체예에서, 상기 시험 물질의 활성은 약물대사 활성 측정 또는 약물 상호작용 평가인 것이 바람직하며, 이에 제한되지 않는다.In another embodiment of the present invention, the activity of the test substance is preferably a drug metabolic activity measurement or drug interaction evaluation, but is not limited thereto.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not to be construed as limited by these examples.

실시예Example 1. 다공성 콜라겐 지지체를 이용한 심근 유사 구조체 제작 1. Fabrication of a myocardial-like structure using a porous collagen support

다공성 콜라겐 지지체를 이용하여 3차원 배양 시스템을 구축하였으며, 상기 3차원 배양 시스템은 일반적으로 이용되는 2차원 환경에서 배양된 것 보다 구조가 향상되어 인접 세포와 더 긴밀한 상호작용을 하고 3차원적 형태를 더 잘 유지한다. 다공성 콜라겐 지지체를 이용한 심근 유사 구조체 제작 방법은 도 1에 간략히 나타내었다.A three-dimensional culture system was constructed using a porous collagen support, and the three-dimensional culture system has a better structure than cultured in a commonly used two-dimensional environment, and thus interacts more closely with neighboring cells and forms a three-dimensional form. Keep it better. A method of fabricating a myocardial structure using a porous collagen support is briefly illustrated in FIG. 1.

먼저, 심근 유사 구조체 제작을 위하여, 인간 iPS 유래 심근세포(iCell® Cardiomyocytes, CMC-100-010-001, USA, Cellular Dynamics International)를 준비하였다. 심근 유사 구조체 제작을 포함한 실험에는 심근세포를 젤라틴 또는 콜라겐이 코팅된 컬쳐 플레이트에 세포를 부착시켜 7일 이상 배양한 것을 사용하였다. 상기 배양은 플레이팅 배지(Plating Medium: Plating Medium 50%, FBS(Hyclone, SH30919.03, USA) 10%)를 사용하였으며, 5% 이산화탄소 및 포화수증기를 함유한 37℃의 배양기 내에서 수행되었으며, 주 2 내지 3회 배지를 교환하였다.First, for the preparation of a myocardial structure, human iPS-derived cardiomyocytes (iCell® Cardiomyocytes, CMC-100-010-001, USA, Cellular Dynamics International) were prepared. In the experiment including the fabrication of a myocardial structure, cardiomyocytes were cultured for 7 days or more by attaching cells to a culture plate coated with gelatin or collagen. The culture was performed using a plating medium (Plating Medium: Plating Medium 50%, FBS (Hyclone, SH30919.03, USA) 10%), and was performed in a 37 ° C incubator containing 5% carbon dioxide and saturated water vapor. Medium was changed 2-3 times a week.

크기가 2x4cm인 다공성 콜라겐 지지체(CollaCote Dressing, Zimmer Biomet)를 면도칼을 이용하여 5x5x2mm 크기로 잘랐다. 배양한 iPS유래 심근세포에 0.25% 트립신-EDTA 처리하여 단일 세포로 부유시키고, 50 mL 원심분리 전용튜브에 수거하여 1000 rpm에서 3분간 원심 분리하였다. 튜브의 상등액 배지는 흡인하여 제거하였으며, 새 배지를 첨가하여 세포 펠릿을 재부유시켰다. 재부유된 세포를 계수하였다. 세포현탁액의 20㎕를 다공성 콜라겐 지지체에 분주하고 깨끗한 페트리 접시에 옮겼다. 세포현탁액이 분주된 다공성 콜라겐 지지체를 37℃, 5 내지 7% CO2 배양기에서 3시간 동안 배양하였다. 세포가 건조되는 것을 예방하기 위하여, 상기 배양 중 30분 간격으로 유지 배지(Maintain Medium: Maintain medium 90%, FBS 10%)를 10 ㎕씩 콜라겐 지지체 위에 분주하였다. 세포가 부착된 다공성 콜라겐 지지체가 배지에 충분히 잠길 수 있게 유지 배지를 가득 채워, 심근 유사 구조체를 완성하였다. 심근 유사 구조체를 광학현미경을 이용하여 확인하였으며, 2 내지 3일 간격으로 유지 배지를 교체하였다.A porous collagen support (CollaCote Dressing, Zimmer Biomet) having a size of 2x4 cm was cut into a 5x5x2mm size using a razor. The cultured iPS-derived cardiomyocytes were treated with 0.25% trypsin-EDTA to float as single cells, collected in 50 mL centrifuge tubes, and centrifuged at 1000 rpm for 3 minutes. The supernatant medium of the tube was removed by aspiration, and the cell pellet was resuspended by adding fresh medium. Resuspended cells were counted. 20 μl of the cell suspension was dispensed onto a porous collagen support and transferred to a clean Petri dish. The porous collagen support in which the cell suspension was dispensed was cultured at 37 ° C. in a 5 to 7% CO 2 incubator for 3 hours. In order to prevent the cells from drying out, maintenance medium (Maintain Medium: Maintain medium 90%, FBS 10%) was dispensed on the collagen support by 10 µl every 30 minutes during the culture. The myocardial-like structure was completed by filling the maintenance medium so that the porous collagen support to which the cells were attached was sufficiently submerged in the medium. The myocardial structure was confirmed using an optical microscope, and the maintenance medium was replaced every 2-3 days.

실시예Example 2. 주사전자현미경( 2. Scanning electron microscope ( SEMSEM ) 이미지를 이용한 심근 유사 구조체 관찰) Myocardial structure observation using images

주사전자현미경(SEM)을 이용하여, iPS유래 심근세포를 0.5x107/㎖, 1x107/㎖, 2x107/㎖의 농도로 희석된 배양 용액 20㎕를 주입하여 제조된 심근 유사 구조체의 표면 및 형태를 관찰하였다. Using a scanning electron microscope (SEM), the surface of the iPS-derived cardiomyocytes to 0.5x10 7 / ㎖, 1x10 7 / ㎖, 2x10 7 / ㎖ concentration of the culture solution 20㎕ the injection to the production of a structure and diluted with similar myocardial The shape was observed.

구체적으로, 심근 유사 구조체는 1주, 3주, 5주에 2.5 % 글루타알데하이드(in PBS)를 사용하여 4℃의 저온환경에서 고정하였다. 고정된 심근 유사 구조체는 0.1M 인산염 완충 용액(pH7.4)으로 10~20분 수세 하였다. 후고정으로 1% OsO4(osmic acid)로 약 1시간 진행하고, 다시 0.1M 인산염 완충 용액(pH7.4)으로 수세하였다. 이어서, 샘플을 tert-부틸알코올에 탈수한 후 에탄올을 이용하여 치환하였다. 탈수 후 시료에 포함되어 있는 탈수 용액을 제거하기 위해 건조를 완전히 한 후 샘플은 접착제 탭이 있는 알루미늄 스텁에 장착하고 ~30nm의 두께의 금으로 코팅한 후 샘플을 관찰하였다. 대조군으로 세포가 주입되지 않은 콜라겐 지지체를 사용하였다. 주사전자현미경을 이용하여 심근 유사 구조체를 관찰한 결과는 도 2에 나타내었다.Specifically, the myocardial structure was fixed in a low temperature environment of 4 ° C using 2.5% glutaraldehyde (in PBS) at 1, 3, and 5 weeks. The immobilized myocardial structure was washed with 0.1M phosphate buffer solution (pH7.4) for 10-20 minutes. After post-fixing, the mixture was advanced with 1% OsO 4 (osmic acid) for about 1 hour, and washed with 0.1M phosphate buffer solution (pH7.4) again. Subsequently, the sample was dehydrated in tert-butyl alcohol and then substituted using ethanol. After drying to remove the dehydration solution contained in the sample after dehydration, the sample was mounted on an aluminum stub with an adhesive tab and coated with gold having a thickness of ˜30 nm to observe the sample. As a control, a collagen support without cells was used. The results of observing the myocardial structure using a scanning electron microscope are shown in FIG. 2.

도 2에 나타낸 바와 같이, 불규칙한 콜라겐 뼈대 사이로 다양한 크기의 구멍(pore)이 형성되어 있는 것과 iPS 유래 심근세포가 콜라겐 지지체에 부착된 모습을 관찰하였다. 또한 세포 수가 많이 주입될수록 이른 시기에 심근세포가 콜라겐 지지체에 일렬로 배열되는 것을 관찰할 수 있었다. 시간이 지남에 따라 세포-세포간의 결합이 견고해지고 단일 세포보다는 여러 심근세포들이 하나로 이어진 모습을 확인하였다.As shown in FIG. 2, it was observed that pores of various sizes were formed between irregular collagen skeletons and iPS-derived cardiomyocytes were attached to the collagen support. In addition, it was observed that as the number of cells was injected, the myocardial cells were arranged in a line in the collagen support at an early stage. As time passed, it was confirmed that the cell-cell bond was firm and that several cardiomyocytes were joined together rather than a single cell.

실시예Example 3. 생존/사멸 분석을 통한 심근 유사 구조체에 부착된  3. Attached to myocardial-like structures through survival / kill analysis 심근세포의Myocardial 기간별 세포 생존율 확인 Check cell viability by period

심근 유사 구조체에 부착된 iPS 유래 심근세포의 세포 생존율을 확인하였다. 구체적으로, iPS유래 심근세포를 0.5x107/㎖, 1x107/㎖, 2x107/㎖의 농도로 희석된 배양 용액 20㎕를 주입하여 제조된 심근 유사 구조체를 42일간 배양하였다. 상기 배양 중 배양 4일차부터 일주일 간격으로 생존/사멸 분석(Live-dead assay)(abcam, ab65470)을 수행하였다. 생존/사멸 분석은 제조사의 매뉴얼에 따라 수행하였으며, 그 결과는 도 3에 나타내었다.The cell viability of iPS-derived cardiomyocytes attached to a myocardial-like structure was confirmed. Specifically, iPS-derived cardiomyocytes were cultured for 42 days by injecting 20 μl of a culture solution diluted to a concentration of 0.5 × 10 7 / mL, 1 × 10 7 / mL, and 2 × 10 7 / mL. During the culture, a live-dead assay (abcam, ab65470) was performed at weekly intervals from the 4th day of culture. Survival / kill analysis was performed according to the manufacturer's manual, and the results are shown in FIG. 3.

도 3에 나타낸 바와 같이, 접종 세포 수 또는 배양 기간에 상관없이 대부분의 세포가 생존해 있음을 확인하였다. 도 3에서, 초록색 형광은 살아있는 세포를, 붉은색 형광은 죽은 세포를 의미한다.3, it was confirmed that most of the cells survived regardless of the number of inoculated cells or the culture period. In FIG. 3, green fluorescence means living cells, and red fluorescence means dead cells.

실시예Example 4. 투과전자현미경( 4. Transmission electron microscope ( TEMTEM ) 이미지를 이용한 심근 유사 구조체에 부착된 ) Attached to myocardial-like structures using images 심근세포의Myocardial 세포소기관Organelle 관찰 observe

심근 유사 구조체에 부착된 심근세포의 세포 내 소기관의 성숙 정도를 확인하기 위하여, iPS유래 심근세포를 0.5x107/㎖, 1x107/㎖, 2x107/㎖의 농도로 희석된 배양 용액 20㎕를 주입하여 제조된 심근 유사 구조체를 투과전자현미경으로 관찰하였다. 구체적으로, 2.5 % 글루타르알데히드(in PBS)를 사용하여 4℃의 저온환경에서 고정하였다. 고정된 콜라겐 스폰지는 0.1M 인산염 완충액(pH7.4)으로 10~20분 수세 하였다. 후고정으로 1% OsO4 (osmic acid)로 약 1시간 진행하고, 다시 0.1M 인산염 완충액(pH7.4)으로 수세하였다. 샘플내의 수분을 제거하기 위해 50%, 70%, 80%, 95% 100% 의 에틸알코올을 저농도에서 고농도로 5분 이내로 탈수를 진행하였다. 초박절편기 (Ultra Microtome)를 이용하여 1 ㎛로 자른 후, 슬라이드 글라스에 옮겨 핫 플레이트(80℃)에서 신전시키면서 부착 및 고정시킨다. 전자염색을 거친 후 투과전자현미경을 통해 관찰하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.To confirm the degree of maturation in the organelles of the myocardial cells attached to the myocardial structure, iPS-derived myocardial cells were cultured with 20 µl of diluted culture solution at a concentration of 0.5x10 7 / ml, 1x10 7 / ml, 2x10 7 / ml. The myocardial structure prepared by injection was observed with a transmission electron microscope. Specifically, 2.5% glutaraldehyde (in PBS) was used to fix in a low temperature environment of 4 ° C. The fixed collagen sponge was washed with 0.1M phosphate buffer (pH7.4) for 10-20 minutes. After post-fixing, the mixture was advanced with 1% OsO 4 (osmic acid) for about 1 hour, and washed with 0.1M phosphate buffer (pH7.4) again. In order to remove moisture in the sample, dehydration of 50%, 70%, 80%, and 95% 100% ethyl alcohol was performed at a low concentration to a high concentration within 5 minutes. After cutting to 1 µm using an ultra-micro-slicing machine (Ultra Microtome), it is transferred to a slide glass and attached and fixed while being stretched in a hot plate (80 ° C). After the electron staining, it was observed through a transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 4.

도 4에 나타낸 바와 같이, 1주에서는 약간의 근원섬유가 관찰되었고, 3주차부터 성장된 근원섬유, 5주차에서는 3주차와 비교하여 성숙한 미토콘드리아와 근원섬유가 관찰되었다. 또한 성숙한 심근세포에서 볼 수 있는 다핵세포와 견고한 정션이 형성됨을 확인하였다.As shown in FIG. 4, some myofibrillar fibers were observed at week 1, and mature mitochondria and myofibrillar fibers were observed at week 3 as compared to week 3 and at week 5. In addition, it was confirmed that solid junctions were formed with the polynuclear cells found in mature cardiomyocytes.

실시예Example 5. 심근 유사 구조체의  5. Myocardial structure 심박동수Heart rate 및 박동 간격 확인 And beat rate check

iPS유래 심근세포를 0.5x107/㎖, 1x107/㎖, 2x107/㎖의 농도로 희석된 배양 용액 20㎕를 주입하여 제조된 심근 유사 구조체의 심박동수 및 박동 간격을 확인하였다. 구체적으로, 배양 4일차부터 일주일 간격으로 최대 42일차까지 인공 심근 구조체의 1분당 심박동수와 박동 간격을 동영상 촬영을 통하여 측정하였다. 심박동수 및 박동 간격 확인 결과는 도 5에 나타내었다.iPS-derived cardiomyocytes were injected with 20 μl of a culture solution diluted to a concentration of 0.5 × 10 7 / mL, 1 × 10 7 / mL, and 2 × 10 7 / mL to confirm the heart rate and beat interval of the myocardial-like structure prepared. Specifically, the heart rate and beat interval per minute of the artificial myocardial structure from the 4th day of culture to the 42nd day at weekly intervals were measured through video shooting. The results of checking the heart rate and the heart rate are shown in FIG. 5.

도 5에 나타낸 바와 같이, 심근 유사 구조체는 배양 초반에 박동 간격이 2 내지 5초 사이로 일정하지 못하고 박동이 느린 것을 확인하였다. 심근 유사 구조체는 35일에서 심박수가 가장 증가하였으며, 박동 간격이 일정해지는 것을 확인하였다. 배양 35일 이후의 심근 유사 구조체는 심박동수 및 박동 간격이 불규칙해지는 것을 확인하였다. 상기 결과는 배양 후 5주차의 심근 유사 구조체가 심장독성평가를 위한 in vitro 모델로 활용하기 가장 좋다는 것을 의미한다.As shown in Figure 5, the myocardial structure was confirmed that the pulsation interval is not constant between 2 and 5 seconds at the beginning of culture and the pulsation is slow. In the myocardial structure, it was confirmed that the heart rate increased the most at 35 days, and the beat interval became constant. The myocardial structure after 35 days of culture was confirmed to have irregular heart rate and beat interval. The above results indicate that the 5th week post-cultivation myocardial-like construct is best used as an in vitro model for evaluating cardiac toxicity.

실시예Example 6. 심근 유사 구조체를 이용한 수축력(contractility) 기반 심장 독성 평가 방법 6. Evaluation method of cardiac toxicity based on contractility using myocardial structure

심근 유사 구조체를 이용하여, 수축력 기반의 심장 독성 평가를 수행하였다.Using a myocardial-like structure, a systolic-based cardiac toxicity assessment was performed.

심근 유사 구조체를 비디오 기반 IonOptix 사의 Edge detector 시스템을 이용하여 수축력과 관련된 다음의 파라미터들을 측정함으로써 약물이 심장 수축력에 미치는 영향을 심근 유사 구조체의 길이 변화의 크기 및 속도, 면적 등을 통해 간접적으로 평가하였다. 심장독성 약물인 테르페나딘과, 칼슘채널억제제로써 음성 변력성(Negative inotropic effect)을 가진 니페디핀(nifedipine)과 양성 변력성(positive inotropic effect)를 가진 이소프레날린을 이용하여, 심근 유사 구조체의 수축력에 대한 약물 반응성을 확인하였다. 구체적인 수축력 측정 방법은 다음의 (i) 내지 (vi)과 같다.The effects of drugs on cardiac contractility by measuring the following parameters related to contractility using the video-based IonOptix's edge detector system were evaluated indirectly through the size, speed, area, etc. of the length change of the myocardial structure. . Using cardiac toxic drugs terpenadin and nifedipine with a negative inotropic effect and isoprenaline with a positive inotropic effect as a calcium channel inhibitor, the contractility of myocardial-like structures Drug reactivity was confirmed. The specific method for measuring shrinkage is as follows (i) to (vi).

(i) 심근 유사 구조체를 35일 가량 배양한 후, 수축력 측정을 위한 레코딩 챔버에 올려놓고, 37도의 버퍼 용액을 약 3 mL/min 속도로 10분 이상 관류시키며 안정화시킴.(i) After incubating the myocardial-like structure for about 35 days, placing it in a recording chamber for measuring contractile force, and stabilizing the buffer solution at 37 degrees by perfusion for 10 minutes or more at a rate of about 3 mL / min.

ReagentReagent mol conc. (mM)mol conc. (mM) NaClNaCl 141.4141.4 KClKCl 44 NaH2PO4 NaH 2 PO 4 0.330.33 HEPESHEPES 1010 MgCl2 MgCl 2 1One CaCl2 CaCl 2 1.81.8 GlucoseGlucose 5.55.5 MannitolMannitol 14.514.5

(ii) 자극기를 이용하여 10 V, 1 Hz로 10분 이상 자극하며 심근 유사 구조체를 안정화시킴.(ii) Using a stimulator to stimulate for 10 minutes or more at 10 V, 1 Hz to stabilize myocardial-like structures.

(iii) MyoCam-S 비디오 카메라의 핸들을 조작하여 심근 유사 구조체의 적절한 측정부위를 모색하여 IonWizard 소프트웨어의 비디오 디스플레이 화면에서 측정부위에 대한 포커스를 맞춤.(iii) Manipulate the handle of the MyoCam-S video camera to find a suitable measurement site for the myocardial structure and focus the measurement site on the video display screen of the IonWizard software.

(iv) 자극기를 이용하여 10 V로 1, 2, 3 Hz로 자극하며 심근 유사 구조체를 측정하였을 때 자극의 크기에 따라 조절되는 것을 확인할 수 있었음. 이는 실제 몸속의 심장과 유사한 기능을 보이는 것으로 판단할 수 있음.(iv) When stimulation was performed at 1, 2, and 3 Hz at 10 V using a stimulator and the myocardial structure was measured, it was confirmed that it was adjusted according to the size of the stimulus. This can be judged to have a function similar to that of a real heart.

(v) 버퍼 용액을 관류시키며 무처치 조건에서의 컨트롤 반응을 기록하고, 약물의 반응을 측정하기 위하여 교감신경 흥분제인 10 nM의 이소프레날린 용액을 3 - 10 분간 반응이 일정해질 때까지 흘려보내면서 지지체의 수축력을 측정함. 약물 처리 후에는 부정맥의 신호가 감지됨.(v) Perfusion of the buffer solution, record the control reaction under the untreated condition, and flow a 10 nM isoprenaline solution, a sympathetic stimulant, for 3 to 10 minutes until the reaction is constant to measure the response of the drug. While measuring the shrinkage of the support. After drug treatment, signals of arrhythmia are detected.

(vi) 다양한 농도의 약물을 저농도부터 고농도로 순으로 3-10분간 약물의 반응이 일정해 질 때까지 순차적으로 처리하며 약물 반응 조건에서의 수축력 관련 파라미터들을 기록하여 컨트롤 조건 대비 약물이 콜라겐 지지체의 수축력에 미치는 영향을 기록하여 분석함.(vi) Drugs of various concentrations are sequentially processed from low to high concentrations until the drug response is constant for 3-10 minutes and the parameters related to the contractile force in the drug reaction conditions are recorded to control the drug against the collagen support. Recorded and analyzed the effect on contractility.

심근 유사 구조체를 이용한 수축력 기반의 심장 독성 평가 결과는 도 6 내지 8에 나타내었다.The results of evaluating cardiac toxicity based on contractility using a myocardial structure are shown in FIGS. 6 to 8.

도 6 내지 8에 나타낸 바와 같이, 0.1 및 1μM 니페디핀을 처리한 심근 유사 구조체는 농도 의존적으로 음성 변성력을 보였으며, 10 및 100nM의 이소프레날린을 처리한 심근 유사 구조체는 농도 의존적으로 양성 변성력을 보이는 것을 확인하였다. 또한 10, 100, 300, 1000nM 농도의 테르페나딘을 처리한 심근 유사 구조체는 대조군 기록 후 농도 의존적으로 양성 변성력을 보이는 것을 확인하였다.6 to 8, the myocardial-like structures treated with 0.1 and 1 μM nifedipine showed negative denaturation in a concentration-dependent manner, and the myocardial-like structures treated with 10 and 100 nM isoprenaline were positively dependent in a concentration-dependent manner. It was confirmed to show. In addition, it was confirmed that the myocardial structure treated with terpenadin at concentrations of 10, 100, 300, and 1000 nM showed positive denaturation in a concentration-dependent manner after the control record.

다음으로, 약물과 반응한 심근 유사 구조체의 회복력을 확인하였다. 구체적으로, 니페디핀을 저농도부터 고농도로 순으로 3-10분간 약물의 반응이 일정해 질 때까지 순차적으로 처리하며 약물 반응 조건에서 수축력을 관찰하였다. 그 후 약물이 포함되지 않은 버퍼로 3 mL/min의 속도로 20분 동안 관류시키며 안정화시켰다. 약물과 반응한 심근 유사 구조체의 회복력을 확인한 결과는 도 9에 나타내었다.Next, the resilience of the myocardial-like structure reacted with the drug was confirmed. Specifically, nifedipine was sequentially treated from low concentration to high concentration until the drug reaction became constant for 3-10 minutes, and the contractile force was observed under drug reaction conditions. Then, the mixture was stabilized by perfusion for 20 minutes at a rate of 3 mL / min with a buffer containing no drug. The results of confirming the resilience of the myocardial-like structure reacted with the drug are shown in FIG. 9.

도 9에 나타낸 바와 같이, 약물과 반응한 심근 유사 구조체에 약물이 포함되지 않은 버퍼를 관류시킨 결과, 심근 유사 구조체의 수축력이 회복되는 것을 확인하였다. 이는 체내에 약물이 들어오면 흡수, 분포, 대사, 배설의 약물동태에 의한 약리 활동이 있어서 생기는 현상이다. 상기 결과는 체외에서 제작된 심근 유사 구조체에서도 배설과 같은 효과를 측정할 수 있으므로, 보다 정확한 약물의 심장 독성 반응을 예측할 수 있음을 나타낸다.As shown in Figure 9, as a result of perfusion of the drug-free buffer in the myocardial-like structure reacted with the drug, it was confirmed that the contractile force of the myocardial-like structure is restored. This is a phenomenon caused by pharmacological activity due to the pharmacokinetics of absorption, distribution, metabolism, and excretion when drugs enter the body. The above results indicate that it is possible to measure effects such as excretion even in a myocardial-like structure produced in vitro, and thus predict a more accurate cardiotoxic response of the drug.

실시예Example 7. 조직면역화학 염색을 이용한 심근 유사 구조체의 검증 7. Verification of myocardial-like structures using tissue immunochemical staining

iPS유래 심근세포를 0.5x107/㎖, 1x107/㎖, 2x107/㎖의 농도로 희석된 배양용액의 20㎕를 5x5x2mm 크기로 자른 다공성 콜라겐 지지체에 주입 후 3차원 인공 심근 구조체의 종래 알려진 방법으로 헤마톡실린&에오신(H & E) 염색을 시행하여 형태학적 분석을 하였으며, 그 결과를 도 10에 나타내었다.iPS-derived cardiomyocytes injected into 20 μl of a culture solution diluted to a concentration of 0.5x10 7 / ml, 1x10 7 / ml, and 2x10 7 / ml into a porous collagen support cut into 5x5x2mm size, and a conventionally known method of 3D artificial myocardial structure Hematoxylin & Eosin (H & E) staining was performed to perform morphological analysis, and the results are shown in FIG. 10.

도 10에 나타낸 바와 같이, 심근세포가 콜라겐 지지체에 일렬로 배열되는 것을 관찰할 수 있었다. 시간이 지남에 따라 세포-세포간의 결합이 견고해지고 단일 세포보다는 여러 심근세포들이 하나로 이어진 모습을 확인하였다.As shown in Fig. 10, it was observed that the myocardial cells were arranged in a line on the collagen support. As time passed, it was confirmed that the cell-cell bond was firm and that several cardiomyocytes were joined together rather than a single cell.

시간에 따라 심근세포 성숙도 및 단백질 발현 차이를 확인하기 위해 1주, 3주, 5주마다 걸쳐 조직면역화학염색법을 수행하였다. 구체적으로, OCT를 이용하여 몰드를 제작하고 -80℃에서 얼렸다. 냉동조직절편기를 이용하여, 얼린 몰드로부터 절단된 다공성 콜라겐 지지체 단면을 얻을 수 있었다. 상기 냉동조직절편기는 화학고정액에 의한 고정없이 바로 냉동시킨 후 조직학적 검사를 위해 조직절편을 제작할 수 있는 장비로서, 조직화학 및 조직면역학적 연구의 수행에 있어 중요한 장비이다. 심근 유사 구조체 절편은 유리 슬라이드 위에 옮긴 후 공초점 형광 현미경으로 관찰하였다. 상기 심근 유사 구조체 절편으로부터 커넥신-43과 같은 갭 정션 단백질(gap junction protein)의 발현 여부 및 액틴과 같은 심근세포 특이적 마커를 이용하여 심근세포의 성숙도를 확인하였다. 심근 유사 구조체 관찰 결과는 도 11에 나타내었다.To confirm the difference in myocardial cell maturity and protein expression over time, tissue immunochemical staining was performed over 1, 3, and 5 weeks. Specifically, a mold was manufactured using OCT and frozen at -80 ° C. Using a frozen tissue slicer, a cross section of the porous collagen support cut from the frozen mold was obtained. The frozen tissue slicer is an equipment capable of producing tissue slices for histological examination immediately after freezing without fixation by a chemical fixation solution, and is an important equipment for performing histochemical and histological immunological studies. Myocardial-like structure fragments were transferred onto a glass slide and observed with a confocal fluorescence microscope. Whether the expression of a gap junction protein such as connectin-43 was expressed from the myocardial-like structure fragment and the myocardial cell maturity was confirmed using a myocardial cell specific marker such as actin. The results of observing the myocardial structure are shown in FIG. 11.

도 11에 나타낸 바와 같이, α-액틴은 녹색 형광, 커넥신-43은 적색 형광, 핵은 DAPI 염색으로 푸른색 형광으로 확인된다. 1주차에서 5주차까지 걸쳐 콜라겐 지지체에 존재하는 심근세포들은 α-액틴 및 커넥신-43의 발현이 증가하는 모습을 보였다. 그 중에서도 α-액틴은 1주차와 비교하였을 때 3주차와 5주차에서 보다 성숙한 결절 형태를 보였다. 상기 결과는 실시예 5의 결과인 심근 구조체의 심박동수와 박동간격이 일정해짐을 대변해주는 결과임을 알 수 있다.As shown in FIG. 11, α-actin was identified as green fluorescence, connectin-43 as red fluorescence, and nuclei as DAPI staining as blue fluorescence. From week 1 to week 5, myocardial cells present in collagen support showed increased expression of α-actin and connectin-43. Among them, α-actin showed a more mature nodular form at weeks 3 and 5 when compared to week 1. It can be seen that the above results indicate that the heart rate and beat interval of the myocardial structure, which are the results of Example 5, are constant.

종합적으로 본 발명자들은 다공성 콜라겐 지지체를 이용하여 제조된 심근 유사 구조체의 박동 및 기능을 검증하였다. 또한 상기 심근 유사 구조체에 약물 처리 시 수축력에 변화가 있으며, 약물이 포함되지 않은 버퍼를 처리하는 경우 수축력이 회복되는 것을 확인하였다. 따라서 본 발명의 심근 유사 구조체는 신약개발, 질병 연구 및 인공장기 개발 분야에서 다양하게 활용될 수 있다.Overall, the present inventors verified the beat and function of a myocardial-like structure produced using a porous collagen support. In addition, it was confirmed that when the drug is treated with the myocardial structure, the contractile force is changed, and when the buffer containing no drug is treated, the contractile force is restored. Therefore, the myocardial-like structure of the present invention can be used in various fields in the field of new drug development, disease research, and artificial organ development.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다. As described above, since a specific part of the present invention has been described in detail, it is obvious to those skilled in the art that this specific technique is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (9)

다공성 콜라겐 지지체 및 심근세포를 32 내지 38일 동안 동시 배양하는 단계;를 포함하는, 시험 물질의 활성 또는 독성 검사용 심근 유사 구조체 제조방법.
A method of preparing a myocardial-like structure for testing the activity or toxicity of a test substance, including; simultaneously culturing a porous collagen support and cardiomyocytes for 32 to 38 days.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 심근세포는 줄기세포 유래인, 제조방법.
According to claim 1,
The myocardial cell is derived from stem cells, manufacturing method.
제3항에 있어서,
상기 줄기세포는 유도만능줄기세포(induced pluripotent stem, iPS)인, 제조방법.
According to claim 3,
The stem cells are induced pluripotent stem cells (induced pluripotent stem, iPS), the production method.
삭제delete 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된, 심근 유사 구조체.
A myocardial-like structure produced by the method according to any one of claims 1, 3 and 4.
제6항에 따른 심근 유사 구조체에 시험 물질을 처리하는 단계; 및
상기 심근 유사 구조체의 수축력을 측정하는 단계;를 포함하는, 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법.
Treating a test substance in a myocardial-like structure according to claim 6; And
Measuring the contractile force of the myocardial-like structure; including, a method of testing the activity or toxicity of the test substance.
제7항에 있어서,
상기 수축력 측정은 심근 유사 구조체의 길이 변화, 면적 변화 또는 박동속도의 변화를 측정하는 것인, 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법.
The method of claim 7,
The measurement of the contractile force is to measure the change in the length, area, or rhythm of the myocardial structure, and test the activity or toxicity of the test substance.
제7항에 있어서,
상기 활성은 약물대사 활성 측정 또는 약물 상호작용 평가인 것인, 시험 물질의 활성 또는 독성을 검사하는 방법.
The method of claim 7,
The activity is a method for testing the activity or toxicity of a test substance, which is a measurement of drug metabolism activity or evaluation of drug interaction.
KR1020180115226A 2018-09-27 2018-09-27 Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same KR102113778B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180115226A KR102113778B1 (en) 2018-09-27 2018-09-27 Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180115226A KR102113778B1 (en) 2018-09-27 2018-09-27 Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200035736A KR20200035736A (en) 2020-04-06
KR102113778B1 true KR102113778B1 (en) 2020-05-21

Family

ID=70281866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180115226A KR102113778B1 (en) 2018-09-27 2018-09-27 Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102113778B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022004963A1 (en) * 2020-07-02 2022-01-06 주식회사 티앤알바이오팹 Composition for assessing risk of arrhythmia in sars-cov-2 virus-targeting candidate drug by means of human pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes, and method for assessing risk of arrhythmia by using same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002045767A1 (en) 2000-12-07 2002-06-13 Japan Tissue Engineering Co.,Ltd Substrate for tissue regeneration, material for transplantation, and processes for producing these
JP2008099565A (en) 2006-10-17 2008-05-01 Koken Co Ltd Sponge-like sheet for culturing cardiac muscle

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101660877B1 (en) * 2014-10-08 2016-09-28 한국화학연구원 Chemically cross-linked hyaluronic acid hydrogel particle, preparation method thereof and spheroid formation method using it

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002045767A1 (en) 2000-12-07 2002-06-13 Japan Tissue Engineering Co.,Ltd Substrate for tissue regeneration, material for transplantation, and processes for producing these
JP2008099565A (en) 2006-10-17 2008-05-01 Koken Co Ltd Sponge-like sheet for culturing cardiac muscle

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Biochim Biophys Acta. 1863(7 Pt B):1873-81 (2016.07.)
Methods Mol Biol. 1181:167-76 (2014.)*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20200035736A (en) 2020-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hansen et al. Development of a drug screening platform based on engineered heart tissue
US10113150B2 (en) Engineered cardiac tissues and methods of using them
KR101370222B1 (en) Method for culture of animal hepatocyte
JP4751005B2 (en) 3D skin model
CN107849530A (en) Blood vessel tissue, skin or mucous membrane equivalent
US10183097B2 (en) Engineered cardiac derived compositions and methods of use
US20190185818A1 (en) Novel chicken egg-based metastasis model for cancer
Lee et al. Generation of human iPSCs derived heart organoids structurally and functionally similar to heart
KR101770983B1 (en) Manufacturing method of 3D human skin model and method for estimating Human toxicoid chemicals using the same
KR102230614B1 (en) Organoid using carrier for cell culture and method for evaluating drug toxicity using the same
KR102113778B1 (en) Myocardial-like structures prepared using porous supports method for evaluating drug toxicity using the same
CA2301171C (en) A multicellular in vitro assay of angiogenesis
CN108853590A (en) A kind of artificial dermis
Oakley et al. Implementation of pre-clinical methodologies to study fibrosis and test anti-fibrotic therapy
Bae et al. Geometric effect of the hydrogel grid structure on in vitro formation of homogeneous MIN6 cell clusters
CN110384823A (en) Bionical lobuli hepatis and construction method based on silk fibroin bracket
Natale et al. Discovery and development of tumor angiogenesis assays
JP2004500855A (en) Infection model
US20100203575A1 (en) In Vitro Beating Heart Model
JP2005514042A (en) Toxicity test
CN108118079B (en) Drug hepatotoxicity evaluation method based on three-dimensional liver model of qualitative filter paper
Kivrak-Pfiffner et al. A new in vivo MRI method to non-invasively monitor and quantify the perfusion capacity of 3D-biomaterials grown on the chorioallantoic membrane of chick embryos
RU2808599C1 (en) Method of creating artificial equivalent of human round window membrane
Ren et al. Reconstituting breast tissue with organotypic three-dimensional co-culture of epithelial and stromal cells in discontinuous extracellular matrices
KR102577816B1 (en) Preparation method of caf-integrated pancreatic cancer organoid and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right